1、第十四章内能利用目标与要求1.了解：热机工作原理；热机四冲程内能变化和工作过程；热值概念。2.会：进行热值的简单计算。3.理解：四冲程热机内能与做功特点；热机效率；能量的转化与守恒定律。知识点回顾知识点一：热机1.热机：利用内能做功的机械叫热机。热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。2. 内燃机的工作原理（1）汽油机：四冲程汽油机的结构汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。冲程活塞在气缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。汽油机的工作过程：吸气冲程、
2、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。吸气冲程靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物；压缩冲程外界对气体做功，机械能转化为内能，气体温度升高；做功冲程化学能转化为内能，气体温度升高，气体对外做功，内能转化为机械能；排气冲程靠惯性运动，排出废气。（2）柴油机：四冲程柴油机的结构汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、喷油嘴。柴油机的工作过程与汽油机几乎一样，但有三个区别：1）吸气冲程：汽油机吸进的是汽油和空气的混合物，柴油机吸进的仅仅是空气；2）压缩冲程：汽油机压缩的是汽油和空气的混合物，汽油机压缩的仅仅是空气；3）做功冲程：汽油机用火花塞点火，柴油机用喷油嘴喷油。知识点二：热机效率1热值（q）：1kg某种
3、燃料完全燃烧放出的热量，叫热值；热值单位是：J/kg。（1）燃料燃烧放出热量：Q放 qm；（Q放 是燃料放出的热量，单位是J；q是热值，单位是J/kg；m 是质量，单位是kg。）对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是指燃料的质量，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值；某种燃料是指热值与燃料的种类有关；完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则1kg燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。（2）热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小；也就是说，它是燃料
4、本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。2.热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要指标。公式：3.在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。注意：热机能量的损失：燃料未完全燃烧（完全燃烧条件：充足空气，研磨成细颗粒）； 废气排出带走能量（废气的利用）；克服磨擦，消耗能量（使用润滑剂，减小摩擦）。知识点三：能量转化与守恒1.能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中
5、，能量的总量保持不变。2能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。考点与考向考点一：热机考向：热机工作过程、四冲程内能变化规律备考：熟悉汽油机四冲程工作过程，分清各冲程能量交换过程内能利用考向：热值与热机效率的简单计算备考：理解热值及热机效率的概念，加强相关计算练习考点二：热值、热机效率考向：辨别能量的转化类型备考：理解能量守恒定律、认识常见的能量转化实例考点三：能量转化与守恒常考题型选择题：常考热点主要集中热值与热机概念和能量转换形式等填空题：常考热点主要集中热值与热机
6、概念与计算和能量转换形式等。典例与范例考点一：热机典例一：（2020镇江）某汽油机的四个冲程如图所示，在该汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下个冲程是（ ）。A. B. C. D. 【答案】C。【解析】A汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下个冲程是做功冲程，有图可知，活塞向上运动，排气门打开，所以图是排气冲程，故A不符合题意；B汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下个冲程是做功冲程，有图可知，活塞向下运动，进气门打开，所以图是吸气冲程，故B不符合题意；C汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下个冲程是做功冲程，有图可知，活塞向下运动，两门关闭，所以图是做功冲程，故C符合题意；
7、D汽油机的一个工作循环中，压缩冲程结束后，下个冲程是做功冲程，有图可知，活塞向上运动，两门关闭，所以图是压缩冲程，故D不符合题意。故选C。典例二：（2020朝阳）内燃机的一个工作循环是由四个冲程组成的，如图所示的是工作循环中的_冲程，若飞轮转动40周，则对外做功_次。【答案】(1)压缩；(2)20。【解析】如图所示，活塞向上运动，进气阀和排气阀均关闭，所以如图所示的是工作循环中的压缩冲程。内燃机一个循环，四个冲程，飞轮转2周，做功1次，所以若飞轮转动40周，则对外做功20次。考点二：热机效率典例三：（2020无锡）某辆行驶的小轿车，其正常工作时的能量转化情况如图所示，若输入的化学能为2000J
8、，输出的动能为300J则输出的内能和声能共计 J；输出的有用能量是动能，则小轿车正常工作时的效率为 。【答案】1700；15%。【解析】（1）由图知，输入的化学能E2000J，输出的动能E1300J输出的内能和声能：E2EE12000J300J1700J；（2）小轿车正常工作时的效率：100%15%。故答案为：1700；15%。典例四：（2020枣庄）关于热机的效率，下列说法正确的是（）。A. 在做功同样多的情况下，热机的效率越高消耗的燃料越多；B. 一般情况下柴油机的效率比汽油机的高；C. 热机的效率越高说明做功越快；D. 热机损失的能量中，废气带走的能量较少，主要是由于机械摩擦损失的【答案
9、】B。【解析】A热机的效率越高，做有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值越大，即在做功相同的情况下，消耗的燃料较少，或消耗相同的燃料，做功较多，故A错误。B一般情况下柴油机的效率比汽油机的高，多用在重型机器上，故B正确；C热机的效率是有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值，热机的效率越高说明有用功占的比值越大，功率表示做功的快慢，功率越高说明做功越快，效率和功率是两个不同的物理量，二者之间没有必然联系，故C错误；D根据内燃机的能量流向，热机损失的能量中，废气带走的能量较多，故D错误。故选B。考点三：能量转化与守恒典例五：（2020德州）如图是四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，下列关于冲程及其能量转
10、化判断正确的是（ ）。A. 做功冲程，将机械能转化为内能；B. 做功冲程，将内能转化为机械能；C. 压缩冲程，将机械能转化为内能；D. 压缩冲程，将内能转化为机械能【答案】B。【解析】如图所示，两个气门关闭，活塞向下运动，为做功冲程，燃料在缸内燃烧，将燃料的内能转化成机械能，ACD错误，B正确。故选B。典例六：（2020威海）关于能量的转化或转移过程，下列说法错误的是（）。A. 地球上的化石能源归根结底来自远古时期的太阳能；B. 自然界中水能的循环再生过程不遵循能量守恒定律；C. 空调将室内空气的内能转移至高温的室外需要消耗电能；D. 热水自然变凉，能量自发的从高温物体转移至低温物体【答案】B
11、。【解析】AB地球上的化石能源都是太阳能转化来的，能量不会凭空产生也不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式，从一个物体转移的另一个物体，故A正确，不符合题意，B错误，符合题意；C空调将室内空气的内能转移至高温的室外需要压缩机运转，压缩机运转需消耗电能，故C正确，不符合题意；D热传递的条件是温度差，热水自然变凉，能量自发的从高温物体转移至低温物体，故D正确，不符合题意。故选B。跟踪训练一、选择题1（2020广东省中考模拟五)四冲程汽油机在工作过程中，将内能转化为机械能的冲程是（ ）。A吸气冲程；B压缩冲程；C做功冲程；D排气冲程【答案】C。【解析】吸气冲程、排气冲程都是消耗机械能的冲程，压
12、缩冲程是把机械能转化为内能，而做功冲程是把内能转化为机械能，故C是正确的。2（2020湖北省武汉市中考模拟五）关于四冲程汽油机和柴油机的工作过程有以下几种说法：在吸气冲程中，都会吸入空气；在做功冲程中，是机械能转化为内能；只有做功冲程是燃气对外做功；汽油机和柴油机的点火方式相同；以上说法中正确的是（）。A只有B只有C只有D只有【答案】B。【解析】汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物，而柴油机吸入的是空气，所以在吸气冲程中，都会吸入空气，故正确；在汽油机的做功冲程中，是内能转化为机械能，故错；在汽油机的四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，故正确；汽油机和柴油机的点火方式不同，汽油机中
13、有火花塞，采用的是点燃式点火；而柴油机是喷油嘴喷出雾状柴油，进行压燃式点火，故错误。所以只有正确。故选B。3.（2020北京四中中考模拟（适应性测试）根据表 1、表 2 和表 3 提供的资料（在 1 标准大气压下），判断下列说法中正确的是（ ）。表 1：几种晶体的熔点晶 体熔点（）固态酒精117固态水银39冰0表 2：几种物质的比热容 物质比热容J/（kg）水4.2103煤油2.1103干泥土0.84103表 3：几种燃料的热值 燃料热值（J/kg）干木柴约 1.2107无烟煤约 34107汽油约 4.6107A. 南极冬季气温一般在40以下，在南极测量气温可选择酒精温度计；B. 温度为 0的
14、冰，其分子仍然会做无规则运动；C. 水和煤油升高相同的温度，水吸收的热量较多；D. 煤的热值比干木柴的大，因此煤燃烧过程中一定比干木柴燃烧过程中放出的热【答案】AB。【解析】A南极的冬季气温在-40以下，在南极测量气温可选择酒精温度计，故A正确；B物体的温度为0，物体的分子运动速度不为0，仍然会做无规则运动，故B正确；C相同质量的水和煤油，水的比热容比煤油的大，故升高相同的温度，水吸收的热量较多，故C错误；D燃料燃烧放出的热量与是否完全燃烧、燃料的热值和质量都有关系，热值大的燃料不一定放出的热量多，故D错误。故选AB。4（2019深圳市龙岗区中考一模）下列说法中正确的是（）。A汽油机的压缩冲程
15、中将内能转化为机械能；B燃料不完全燃烧，其热值会变小；C可以采用增大热机功率的方法来增大热机的效率；D物体的内能增加时温度可能不变【答案】D。【解析】A、压缩冲程中活塞压缩气缸内气体做功，将活塞的机械能转化为燃气的内能，故A错误；B、热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关，故B错误；C、用来做有用功的能量和燃料完全燃烧放出的热量的比值叫热机效率，增大热机功率不能增大热机的效率，故C错误；D、物体内能增加时，温度可能不变，例如，晶体吸热熔化时，故D正确。故选D。二、填空题5（2020江西省2020中等学校招生考试模拟）如图所示的是四冲程汽油机工作状态示意图，由
16、图可以看出，此时它正处在_冲程；为了降低汽油机内汽缸的温度，汽缸外有一个水箱将汽缸包围住，这是通过_的方式减少汽缸的内能。【答案】压缩；热传递。【解析】由图示可知，两气门都关闭，活塞向上运动，该冲程是压缩冲程。为了避免汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水箱，让汽缸被水包围着，即通过水吸收热量使得汽缸温度降低。这是通过热传递的方式改变内能的。答案是：压缩；热传递。6.（2020山东省济宁中考模拟四)“页岩气”是蕴藏在岩层中的天然气，被誉为未来能源的“明星”。页岩气属于_（填“可再生”或“不可再生”）能源。页岩气的热值为3.2107J/m3，完全燃烧0.1m3页岩气可放出_J的
17、热量。【答案】不可再生；3.2106J。【解析】（1）页岩气已经燃烧不可再生。（2）根据公式：，得：。故答案是：不可再生；3.2106J。7（2019保定市莲池区中考一模）汽车汽油机是由四个冲程的不断循环来保证连续工作的，其中由机械能转化为内能的是 冲程。已知汽油的热值为4.6107J/kg，2kg汽油完全燃烧时释放的热量为 J。已知汽车防冻液的比热容为4.2103J/（kg）。某汽车中的防冻液从90冷却到20的过程中，放出的热量为2.94106J，则该汽车中防冻液的质量为 kg。【答案】压缩；9.2107；10。【解析】（1）在汽油机的压缩冲程中，活塞压缩汽油和空气的混合物做功，使其内能增大
18、、温度升高，机械能转化为内能；（2）完全燃烧2kg汽油放出的热量：Q放mq2kg4.6107J/kg9.2107J；（3）由Q放cmt可得，汽车防冻液的质量：m10kg。故答案为：压缩；9.2107；10。8（2019临沂市平邑县中考二模）如图所示，一配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小团蘸了乙醚的棉花，当迅速压下活塞时，可看见桶内棉花燃烧起来。这是通过 的方式使玻璃筒内的空气 增加、温度升高的。从能量转化的角度看，汽油机工作时 冲程与该图实验相同。【答案】做功；内能；压缩。【解析】当迅速压下活塞时，可看见桶内棉花燃烧起来。这是通过做功的方式使玻璃筒内的空气内能增加、温度升高的。从能量转化的角度看，汽油机工作时压缩冲程与该图实验相同。故答案为：做功；内能；压缩。
